Adams Family ve fyziologii a patologii ledvin, část 1

ABSTRAKTNÍ

Klikněte na Cistanche Tubulosa Supplement for Kidney

Požádat o víc:

david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501

1. Úvod

A disintegrin a metaloproteázy (ADAM)rodina patří k transmembránovým a secernovaným metaloendopeptidázovým proteinům typu I, které zprostředkovávají štěpení extracelulární domény (ektodomény) membránových proteinů. ADAM reguluje několik proteinů, včetně růstových faktorů, cytokinů, receptorů a adhezních molekul, které hrají zásadní roli v řadě biologických procesů, jako je migrace buněk, buněčná adheze, proteolýza a přenos signálu. Dosud byly ADAM nalezeny v různých savčích genomech, např. 37 ADAM u potkanů, 34 ADAM u myší a 21 ADAM u lidí. ADAM jsou zásadní pro normální vývoj a morfogenezi, včetně interakce spermie a vajíčka, embryonálního vývoje a diferenciace, určení buněčného osudu a různých aspektů imunity. Dysregulace ADAM je spojena s mnoha lidskými patologiemi, jako jsou kardiovaskulární a neurodegenerativní onemocnění, rakovina, astma, záněty aledvinanemocía poskytuje tak potenciální terapeutické cíle pro tato onemocnění.

ADAM regulují a koordinují buněčnou signalizaci v reakci na změny ve fyziologii a patologii ledvin. V tomto přehledu se zaměřujeme na fyziologické role ADAM v renálním embryologickém vývoji a shrnujeme patologické role ADAM vonemocnění ledvin. Diskutujeme také o potenciálu a výzvách při zacílení na ADAM pro prevenci a léčbuonemocnění ledvin.

2. Struktura, regulace a funkce ADAMů

Typická struktura Adams se skládá z prodomény, metaloproteinázové domény, dezintegrinové domény, domény bohaté na cystein, domény podobné epidermálnímu růstovému faktoru (EGF), následované transmembránovou oblastí a cytoplazmatickým koncem (obr. 1). . Doména bohatá na cystein a doména podobná EGF jsou nahrazeny membránově proximální doménou v ADAM10 a ADAM17, které jsou považovány za atypické členy rodiny ADAM [1 3]. Strukturálně je prodoména následována metaloproteázovou doménou a jejich interakce je zásadní pro Adamsovu proteolytickou aktivitu [2, 4]. Do určité míry se doména dezintegrinu může selektivně vázat na integriny a zprostředkovávat buněčnou adhezi, migraci buněk a interakce buňka-buňka. Doména bohatá na cystein obsahuje hypervariabilní oblast (HVR), která přispívá k Adamsově funkci tím, že rozpoznává jejich substráty a reguluje katalytickou aktivitu. Tato oblast se může podílet na modulaci subcelulární lokalizace a interakcí protein-protein [5]. Odlišné složení cytoplazmatických konců je klíčové pro jejich různé funkce v metaloproteázové aktivitě, intracelulární signalizaci a subcelulární lokalizaci.

V posledních letech probíhá výzkum využití kmenových buněk a čínského bylinného léku k léčběonemocnění ledvinzískal velkou pozornost. Hlavním mechanismem těchto dvou terapií je podpora opravy poraněných ledvinových tkání a ochrana zbývajících renálních funkcí.

Čínský bylinný lék, cistanche, se používá v tradiční čínské medicíně k léčbě různých druhůchronická onemocnění ledvinod pradávna. Uvádí se, že cistanche má potenciál snížit zánět,snížit fibrózu ledvin,a podporovat syntézu složek extracelulární matrice. Bylo zjištěno, že tyto účinky jsou způsobeny jeho bioaktivními složkami, včetně mnoha fenolických látek, triterpenoidů a kumarinů.

Na druhou stranu technologie kmenových buněk způsobila revoluci v lékařské praxi. Výzkum prokázal, že kmenové buňky se mohou diferencovat na různé typy ledvinových buněk a provádět terapeutické aktivity, včetně ochrany zbývajících funkčních ledvinových tkání, zpomalení tkáňové fibrózy a opravy poškozených ledvinových tkání.

V konečném důsledku by kombinace tradiční čínské medicíny s moderní vědou mohla být klíčem k léčbě různých druhůonemocnění ledvin.Tato strategie byla postupně přijata lékařskou komunitou a studie již ukázaly, že kombinovaná terapie cistanche a léčba kmenovými buňkami může výrazně snížit úmrtnostonemocnění ledvin.

Závěrem je použití cistanche a léčby kmenovými buňkami při léčběonemocnění ledvinvykazuje velký potenciál a vyžaduje další výzkum. Kombinovaná terapie těchto dvou léčebných postupů by mohla poskytnout zlepšenou možnost léčby pro ty, kteří čelíonemocnění ledvin.

Extracelulární a intracelulární cesty aktivace ADAM jsou složité, protože k regulaci často dochází prostřednictvím konformačních změn, aktivátorů nebo inhibitorů. Po biosyntéze v endoplazmatickém retikulu a zrání v Golgiho kompartmentu vylučují ADAM neaktivní zymogeny. Cytoplazmatický konec řídí retenci správně složených ADAM v Golgiho kompartmentu neidentifikovaným mechanismem, který brání uvolnění aktivity ADAM na buněčné membráně [6, 7]. Prodoména inhibuje Adamsovu aktivitu tím, že udržuje metaloproteinázovou doménu v neaktivní konformaci a štěpení prodomény proteázami furinového typu a PC7 uvolňuje katalytickou aktivitu v procesu, ke kterému dochází při tranzitu na buněčný povrch [1,4,8]. Kromě účinků konformačních změn na aktivity ADAM, aktivity ADAM také potlačují endogenní tkáňové inhibitory metaloproteináz (TIMP), které mají specifický inhibiční účinek na různé členy rodiny ADAM.

ADAM-zprostředkované štěpení uvolňování ektodomény je proces uvolňování extracelulární domény proteolytickým štěpením. Různorodé substráty ADAM zahrnují růstové faktory, cytokiny, chemokiny, adhezní molekuly, proteiny extracelulární matrix a receptory a ligandy signálních drah, a tak funkce uvolňování ektodomény ADAM hrají významnou roli nejen v buněčné proliferaci, diferenciaci a adheze, ale také při přenosu signálu. Kromě toho bylo v exozomech identifikováno uvolňování ektodomény zprostředkované ADAM, které potenciálně přispívá k mezibuněčné komunikaci [9,11]. Kromě svých rolí při uvolňování ektodomény mají ADAM také schopnost modulovat transdukci intracelulárního signálu. ADAM hrají hlavní roli v transmembránovém uvolňování proteinů, což je iniciační krok pro regulovanou intramembránovou proteolýzu (RIP), která uvolňuje intracelulární domény a reguluje události intracelulární signalizace. Notch signalizace a zpracování amyloid-prekurzorového proteinu jsou typickými příklady RIP.

V posledních několika letech byly ADAM10 a ADAM17 nejstudovanějšími členy rodiny. Několik výzkumníků potvrdilo roli ADAM10 a ADAM17 v renálních fyziologických a patologických procesech (tabulka 1). ADAM10 je exprimován v renálních tubulárních buňkách a je zapojen do několikaledvinanemoci [12]. Zatímco ADAM17 je slabě exprimován v proximálních tubulech, glomerulárním endotelu a mezangiu, jeho exprese je výrazně indukována u intersticiální fibrózy a tubulární atrofie [13, 14]. Význam signalizace zprostředkované ADAM vledvinabyl rozpoznán a zvýrazněn. Dále shrnujeme nedávné poznatky o molekulární buněčné biologii ADAM v kontextu normálních a abnormálníchledvinya diskutovat o přesných funkcích ADAM proteinů v nefrogenezi,ledvinabuněčné účinky aledvinanemocíodděleně.

3. ADAM v nefrogenezi

ADAM jsou esenciální proteázy zapojené do vývoje embrya prostřednictvím řízení buněčné proliferace, buněčné diferenciace, buněčné migrace a morfogeneze orgánů. U myší s knockoutem ADAM byly pozorovány různé fenotypy v důsledku široké exprese ADAM v savčích tkáních, ale pouze myši ADAM10, ADAM17 a ADAM19 null mají defekty ve vývoji embrya [15]. V této recenzi se zaměřujeme na rozsáhlé informace o rodině ADAM běhemvývoj ledvina stručně shrnout role dvou dobře prostudovaných členů, ADAM10 a ADAM17.

ADAM10 je nejlépe známý pro svou funkci při štěpení Notch S2 závislém na ligandu, které je zodpovědné za zprostředkování dráhy Notch. Notch signalizace má četné účinky během vývoje různých tkání a typů buněk. Při vývoji ledvin Notch signalizace řídí osud proximálních tubulárních epiteliálních buněk a také složení buněk sběrného kanálku. Vysoká exprese Notch2 je pozorována ve vyvíjejícím se ureterálním pupenu (UB) a ADAM10 je také vysoce exprimován v pozdní UB, což naznačuje, že ADAM10 se podílí na metanefrickém vývoji [16]. Kromě toho jsou štěrbinové geny exprimovány v metanefrickém mezenchymu, zatímco Robo1 se také nachází v UB. ADAM10 se tedy může podílet na regulaci signalizace Slit-Robo během nefrogeneze [17, 18]. Ukázalo se, že nedostatek ADAM10 u UB ​​snížil poměr hlavních buněk/interkalovaných buněk ve sběrném kanálku se snížením aktivity Notch. U myší s deficitem ADAM10 se vyskytuje polyurie a hydronefróza, což naznačuje, že tyto myši mají defekty v koncentraci moči. Celkově vzato, ADAM10 hraje nepostradatelnou roli při určování buněčného osudu sběrných kanálků, což je částečně nezbytné pro normální vývoj ledvinových sběrných kanálků [19]. Během vývoje glomerulární endoteliální buňky interagují s mezangiálními buňkami a podocyty za vzniku zralé glomerulární vaskulární struktury. Normální signalizace Notch je klíčová pro zrání podocytů a mezangiálních buněk, které je nezbytné pro správný vývoj glomerulů [20, 21]. Deficit Notch1, stejně jako inaktivace ADAM10 v endoteliálních buňkách, vede k podobným glomerulárním defektům, které jsou zachráněny nadměrnou expresí signalizace Notch u myší s deficitem ADAM10. Tato zjištění naznačují, že signalizace Notch závislá na ADAM{21}} hraje ústřední roli ve vývoji glomerulu [22]. Farberova skupina dále uvedla, že signalizace ADAM10/Notch podporuje zrání glomerulární vaskulatury [23]. Navíc byla v diferencovaných podocytech detekována zvýšená exprese ADAM10 [24]. ADAM10 proto přispívá k různým aspektům vývoje ledvin (obr. 2).

Obr. 2Role ADAM10 signalizace ve vývoji ledvin. Receptor Notch je aktivován vazbou ligandu poté, co ADAM10 zprostředkovalo štěpení S2 místem ligandů Notch a druhé proteolytické štěpení gama-sekretázou v místě S3. Během nefrogeneze je signalizace ADAM10/Notch částečně nezbytná pro normální vývoj sběrných kanálků ledvin. A normální signalizace Notch je klíčová pro zrání podocytů a mezangiálních buněk, což je nezbytné pro správný vývoj glomerulů. Kromě toho signalizace ADAM10/Notch podporuje zrání glomerulární vaskulatury.

ADAM17 se účastní buněčné proliferace, diferenciace a migrace jako pleiotropní regulátor vývoje orgánů a tyto účinky jsou spojeny především se signalizací EGFR. ADAM17-deficientní myši a myši s defektní signalizací EGFR vykazují podobné vývojové defekty, které lze vysvětlit sníženými hladinami ligandů EGFR a neadekvátní aktivací EGFR [25]. Dráha EGFR také hraje klíčovou roliledvinarozvoje tím, že přispívá k indukci metanefrických struktur. Několik členů rodiny EGF, jako je EGF, TGFa a HB-EGF, je exprimováno během metanefrického vývoje a může přispívat k vývoji nefronu prostřednictvím aktivace EGFR. Studie in vitro prokázaly, že ligandy EGFR EGF a TGFa stimulovaly embryonálněledvinabuněčný růst a proliferace [26]. Delece EGFR ligandů EREG, AREG a TGFa narušuje proces UB morfogeneze in vitro kultur krysího metanefros [27]. V lidské nefrogenezi lze imunoreaktivitu na HB-EGF detekovat v UB od E14,5 dne a přetrvávat po celou dobu embryogeneze, zatímco imunoreaktivní EGF a TGFa jsou detekovány ve všech metanefrických strukturách od 7. týdne a snižují se během procesu diferenciace nefronů [ 28, 29]. Role ADAM17-zprostředkovala signalizaci EGFR běhemledvinavývoj si zaslouží další zkoumání. Zajímavé je, že ADAM17 se také podílí na generování aktivní formy Notch, která je důležitá v glomerulárním vývoji [30]. Podmíněné knockout myši vledvinamohl dále objasnit příspěvek ADAM17 během nefrogeneze.

4. Buněčné účinky ADAM v ledvinách

Role ADAM17 v regulaci tubulárních epiteliálních buněk, mezangiálních buněk a podocytů jsou shrnuty na obr. 3 a také stručně diskutujeme o buněčných účincích ADAM10.

4.1. Tubulární epiteliální buňky

Naporanění ledvinADAM17 je upregulován a aktivován v TEC, což vyvolává zánět a proliferaci. ADAM17 uvolňuje ligandy EGFR TGFa a HB-EGF k aktivaci signalizace EFGR, což vede k upregulaci prozánětlivých faktorů a infiltraci zánětlivých buněk. Studie na kultivovaných TEC ukázala aldosteronem indukovanou protein-inflamatorní genovou upregulaci a nadměrnou expresi prozánětlivých faktorů prostřednictvím aktivace ADAM17/EGFR. Blokáda ADAM17/EGFR dráhy v těchto buňkách měla protizánětlivé účinky v reakci na aldosteron [31]. Ford et al uvedli, že zvýšenému oxidačnímu stresu u poškození TEC s vysokým obsahem glukózy bylo zabráněno inhibicí ADAM17, což naznačuje, že ADAM17 je důležitým mediátorem renálního tubulárního zánětu [32]. Tato zjištění zdůrazňují ADAM17 jako důležitý efektor zánětu při poranění TEC. Navíc aktivace dráhy ADAM17 indukuje proliferaci TEC a přechod z epitelu na mezenchym (EMT), který je charakterizován zvýšenou expresí fibronektinu a buněčného kolagenu [33,35]. ADAM17-zprostředkovaná trvalá aktivace signalizace EGFR interaguje s uvolňováním profibrotických faktorů a indukuje intersticiální fibrózu. Tato zjištění ukazují na složitou regulační síť mezi ADAM17 a TEC při zánětech a fibróze.

4.2. Mesangiální buňky

Renální mesangiální buňky, hlavní složky glomerulárního mezangia, se kriticky podílejí na různých glomerulárních poraněních. V reakci na poranění mezangiální buňky proliferovaly a byly aktivovány, aby produkovaly složky mezangiální matrice, jako je kolagen Ⅳ, fibronektin a laminin, které přispívají k nadměrné extracelulární matrici (ECM). Navíc aktivace mezangiálních buněk také indukuje sekreci různých zánětlivých cytokinů, chemokinů a adhezivních molekul, což podporuje akumulaci zánětlivých buněk a proces renální fibrózy.

ADAM17 je aktivován v reakci na poranění, což vede k proliferaci mezangiálních buněk a akumulaci ECM. Jak je uvedeno výše, ADAM17 se podílí na uvolňování EGFR ligandů pro aktivaci EGFR a indukuje downstream fosforylaci ERK. Iniciace downstream signalizace řídí buněčnou proliferaci, migraci a apoptózu [36, 37]. Navíc zapojením dráhy EGFR ADAM17 indukuje akumulaci glomerulární matrix vedoucí ke glomeruloskleróze a intersticiální fibróze. Studie na mezangiálních buňkách ukázaly, že v podmínkách vysoké hladiny glukózy je ADAM17 aktivován a reguluje profibrotický TGFa při akumulaci matrixových proteinů [38, 39]. Tyto účinky ruší TAPI2, inhibitor ADAM17, prostřednictvím blokování akumulace glomerulárního kolagenu [40]. ADAM10 a ADAM17 navíc zprostředkovávají uvolňování CXCL16 v mezangiálních buňkách, čímž podporují buněčnou proliferaci a migraci. Pozoruhodně se zdá, že jak ADAM10, tak ADAM17 se podílejí na náboru imunitních buněk do glomerulu k řízení zánětlivého procesu [41]. Kromě toho se ADAM15 podílí na reorganizaci mezangiální matrix a migraci mezangiálních buněk u onemocnění [42]. Tato zjištění naznačují, že ADAM jsou centrálně zapojeny do reakce mezangiálních buněk po poranění.

4.3. Podocyty

Podocyty hrají zásadní roli při udržování bariéry glomerulární filtrace, a proto jsou hlavním cílem poranění u různých glomerulárních onemocnění. Při poranění podocyty procházejí morfologickými změnami, včetně vymazání výběžku chodidla, nepravidelného tvaru a cytoplazmatických kapének, které mění konstrukci glomerulární bazální membrány, což vede k proteinurii. Kromě toho podocyty generují reaktivní formy kyslíku a zvyšují expresi TGFb a chemokinových receptorů, aby aktivovaly signály spojené se zánětem, což zase podporuje poškození podocytů [43].

Zvýšené exprese ADAM10 a ADAM17 tvoří hlavní hnací sílu poškození podocytů u glomerulárních onemocnění. Trvalé poškození podocytů vede k aktivaci signálu ADAM17/EGFR, což snižuje permeabilitu podocytů a indukuje regeneraci podocytů. Dey et al prokázali, že aktivace EGFR závislá na ADAM 17- změnila permeabilitu podocytů prostřednictvím podpory přeuspořádání proteinu zonula occludens-1, zatímco tyto účinky byly oslabeny inhibicí EGFR a down-regulací ADAM17 [44]. V kultivovaných lidských podocytech snižuje inhibice ADAM17 konstitutivní a forbolesterem indukované uvolňování EGFR ligandu TGFa a také buněčnou proliferaci [13]. Kromě toho se ADAM10 a ADAM17 podílejí na uvolňování CXCL16 z podocytů, který hraje důležitou roli při zprostředkování zánětlivých faktorů a migrace podocytů. CXCL16 je scavenger receptor a jeho uvolňování zprostředkovává vychytávání ox-LDL k indukci reaktivních forem kyslíku a fibronektinu v podocytech [45]. Další studie odhalila, že uvolňování CXCL16 zprostředkované ADAM{17}} modulovalo aktinový cytoskelet a také podporovalo migraci podocytů [46]. Je pozoruhodné, že ADAM10 byl identifikován jako hlavní regulátor pro signalizaci Notch, který se podílí na rozvoji glomerulárního onemocnění. Několik studií naznačovalo, že aktivace Notch v podocytech přispěla k vymazání procesu chodidla a následně albuminurie a glomerulosklerózy [47]. Komplexní regulační síť mezi signalizací ADAM10 a Notch při poškození podocytů je ještě třeba objasnit.

Požádejte o více: david.deng@wecistanche.com WhatApp:86 13632399501